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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
UNIDAD ACADÉMICA PROFESIONAL TIANGUISTENCO
“Caracterización de polialuminio y aluminio (Al), recuperado a partir de envases de Tetra Pak®, por microscopías y análisis térmicos”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN PLÁSTICOS
P R E S E N T A
LILIANA ROSALES HERNÁNDEZ
DIRECTORES: DRA. LILIANA IVETTE ÁVILA CÓRDOBA. DR. CARLOS EDUARDO BARRERA DÍAZ.
TIANGUISTENCO, MÉX. FEBRERO 2016
AGRADECIMIENTOS A la UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO (UAEM) y a la
UNIDAD ACADÉMICA PROFESIONAL TIANGUISTENCO (UAPT), por darme la
oportunidad de ser un profesional.
Al Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM
(CCIQS) y al Instituto Nacional de Investigación Nuclear (ININ), por las facilidades
brindadas para la realización de esta meta, y por abrirme las puertas.
A mis directores de tesis, la Dra. Liliana Ivette Ávila Córdoba y al Dr. Carlos Eduardo
Barrera Díaz, por su esfuerzo y dedicación, quienes, con sus conocimientos,
experiencia, paciencia y su motivación ha logrado en mí que pueda terminar mis
estudios con éxito.
Al Dr. Fernando Ureña Núñez, M. en C. Melina Tapia-T y M. en C. Alejandra Núñez
Pineda, por su colaboración en las pruebas que se realizaron en este proyecto.
A mis revisores Dra. Ana Lilia Flores Vázquez y Mtra. María Victoria Arroyo
González, por sus observaciones y comentarios que enriquecieron este proyecto.
Al Ing. Johana Paulina Valencia Barron y al Dr. Orlando Soriano Vargas, por sus
valiosos comentarios al presente trabajo, y por mostrarse siempre accesibles y
dispuestos a colaborar.
CONTENIDO ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................. v
ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................. vii
RESUMEN .............................................................................................................. 1
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2
CAPITULO 1 ........................................................................................................... 5
MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 5
1.1 Reciclaje ..................................................................................................... 5
1.1.1 Reciclaje físico o mecánico ........................................................................ 5
1.1.2 Reciclaje químico o terciario ................................................................... 6
1.1.3 Reciclaje energético o cuaternario ......................................................... 7
1.2 Importancia ambiental del reciclaje. ........................................................... 8
1.3 Tetra Pak®. .............................................................................................. 12
1.3.1 Celulosa. .............................................................................................. 16
1.3.2 Polietileno de Baja Densidad (PEBD). .................................................. 18
1.3.3 Aluminio (Al). ........................................................................................ 20
1.4 Reciclaje del Tetra Pak®. ......................................................................... 21
1.4.1 Reciclaje de PEBD ............................................................................... 24
1.4.2 Reciclaje del Al ..................................................................................... 25
1.4.3 Reciclaje de la Celulosa ....................................................................... 25
1.5 Técnicas analíticas para la caracterización del Tetra Pak®. .................... 26
1.5.1 Calorimetría diferencial de barrido ........................................................ 27
1.5.2 Análisis termogravimétrico (TGA). ........................................................ 28
1.5.3 Microscopía Electrónica de Barrido con Análisis de Energía Dispersiva
por Rayos X (SEM-EDS). .................................................................................. 28
1.5.4 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) ................................................ 30
1.5.5 Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM). ................................. 31
CAPÍTULO II ......................................................................................................... 34
MATERIAL Y MÉTODOS ...................................................................................... 34
2.1 Material .................................................................................................... 34
2.2 Equipo ...................................................................................................... 34
2.3 Desarrollo experimental ........................................................................... 37
2.3.1 Diagrama de flujo ................................................................................. 37
2.4 Desarrollo de las pruebas para la caracterización. .................................. 41
2.4.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Análisis Termogravimétrico
(TGA), simultáneos. .......................................................................................... 41
2.4.2 Microscopía electrónica de Barrido con Análisis de Energía Dispersiva
por Rayos X (SEM-EDS). .................................................................................. 42
2.4.3 Microscopia de Fuerza Atómica (AFM) ................................................ 43
2.4.4 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM). ................................. 43
CAPÍTULO III ........................................................................................................ 45
RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................. 45
3.1 Caracterización del Tetra Pak® ............................................................... 45
3.1.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). ........................................... 45
3.1.2 Análisis Termogravimétrico (TGA). ....................................................... 46
3.1.3 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). ............................................... 47
3.1.4 Microscopía Electrónica de Barrido. ..................................................... 48
3.1.5 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM). ................................. 51
3.1.6 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM) de la Celulosa. .......... 52
3.2 Caracterización del Polialuminio. ............................................................. 53
3.2.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). ........................................... 53
3.2.2 Análisis Termogravimétrico (TGA). ....................................................... 54
3.2.3 Microscopía de Fuerza Atómica. .......................................................... 55
3.2.4 Microscopía Electrónica de Barrido. ..................................................... 56
3.2.5 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM). ................................. 58
3.3 Caracterización de Aluminio ..................................................................... 59
3.3.1 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). ............................................... 59
3.3.2 Microscopía Electrónica de Barrido. ..................................................... 60
3.3.3 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM). ................................. 62
3.4 Caracterización de Aluminio de lata. ........................................................ 63
3.4.1 Resultados de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). ....................... 63
3.4.2 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM). ................................. 64
CONCLUSIONES .................................................................................................. 65
GLOSARIO ............................................................................................................ 66
REFERENCIAS ..................................................................................................... 70
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Esquema de la regeneración de productos en el reciclado químico. ....... 7
Figura 2. Actuales y Futuros recicladores Distribución Geográfica. ...................... 11
Figura 3. Barreras de protección del envase de Tetra Pak®. ............................... 12
Figura 4. Estructura molecular de la celulosa. ....................................................... 17
Figura 5. Estructura general del etileno y polietileno ............................................. 18
Figura 6. Hidropulpeador. ...................................................................................... 21
Figura 7. Polialuminio. ........................................................................................... 22
Figura 8. Diagrama del proceso del reciclaje del Tetra Pak®. .............................. 24
Figura 9. Esquema del funcionamiento del microscopio electrónico de barrido. ... 29
Figura 10. Esquema del funcionamiento de un microscopio de fuerza Atómica. .. 31
Figura 11. Esquema del funcionamiento de un microscopio Confocal de Barrido
Laser (CLSM). ....................................................................................................... 32
Figura 12. Analizador Térmico. ............................................................................. 34
Figura 13. Microscopio de Fuerza Atómica. ......................................................... 35
Figura 14. Micorscopio de Barrido Elactronico. ..................................................... 35
Figura 15. Microscopio Confocal de Barrido Láser. ............................................... 36
Figura 16. Diagrama de flujo. ................................................................................ 37
Figura 17. Envases de Tetra Pak®. ...................................................................... 38
Figura 18. Corte de envases de Tetra Pak®. ........................................................ 38
Figura 19. Procedimiento de lavado de Tetra Pak®. ............................................. 39
Figura 20.Procedimiento de secado de Tetra Pak®. ............................................. 39
Figura 21. Muestra Polialuminio. ........................................................................... 40
Figura 22. Termograma obtenido por DSC para la muestra de Tetra Pak® ......... 45
Figura 23. Termograma obtenida por TGA para la muestra de Tetra Pak®. ......... 46
Figura 24. Distintos cortes de Tetra Pak® obtenidas por Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal. ..................... 47
Figura 25. Micrografía obtenida por SEM del Tetra Pak®. .................................... 48
Figura 26. Micrografía obtenida por SEM del Tetra Pak® a 250X. ....................... 49
Figura 27. Análisis elemental por EDS del Tetra Pak®. ........................................ 50
Figura 28. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM). ........ 51
Figura 29. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM). ........ 52
Figura 30. Termograma obtenida por DSC para la muestra de Polialuminio. ....... 53
Figura 31. Termograma obtenida por TGA para la muestra de Polialuminio. ....... 54
Figura 32. Distintos cortes de Polialuminio obtenidas por Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal. ..................... 55
Figura 33. Micrografía obtenida por SEM de Polialuminio a 250X. ....................... 56
Figura 34. Análisis elemental por EDS de Polialuminio. ........................................ 57
Figura 35. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM). ........ 58
Figura 36. Distintos cortes de aluminio obtenidas por Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal ...................... 59
Figura 37. Micrografía obtenida por MEB-EDS de aluminio. ................................. 60
Figura 38. Micrografías obtenidas por SEM-EDS de Aluminio. ............................. 61
Figura 39. Micrografías obtenidas por Microscopía Confocal de Barrido Laser
(CLSM). ................................................................................................................. 62
Figura 40. Distintos cortes de aluminio obtenidas por Microscopía de Fuerza
Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal. ..................... 63
Figura 41. Micrografías obtenidas por Microscopía Confocal de Barrido Laser
(CLSM). ................................................................................................................. 64
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades físicas y mecánicas del PEBD. 14
Tabla 2. Propiedades del polietileno-aluminio de los envases de Tetra Pak®. 14
Tabla 3. Propiedades del Aluminio. 15
Tabla 4. Especificaciones de las muestras para el Análisis de Microscopía de
Fuerza Atómica (AFM). 43
Tabla 5. Composición química de Tetra Pak®, por análisis elemental. 50
Tabla 6. Composición química de Polialuminio por análisis elemental. 57
Tabla 7. Composición química de Aluminio (Al), por análisis elemental. 61
1
RESUMEN El desarrollo tecnológico actual conduce a que la industria del reciclaje se convierta
en importante suministradora de materia prima para la fabricación de los más
disímiles artículos de consumo diario o de equipos de larga duración. Al mismo
tiempo permite proteger el ambiente, ahorrar los recursos minerales y la energía [1].
Como es el caso de los envases multicapa, ya que resulta muy atractivo para
muchos empresarios, cuando se recuperan en grandes cantidades del material [2].
Es importante la caracterización del material reciclado para obtener información y
saber si es factible el reciclaje de este material compuesto, pero también tener
información de cada uno de sus componentes. Es por eso que se plantea en este
proyecto la caracterización, de aluminio y polialuminio (polietileno de baja densidad
(PEBD)-aluminio) del envase de Tetra Pak®, mediante las técnicas analíticas:
microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de barrido con
análisis de energía dispersiva por rayos X, microscopía confocal, análisis
termogravimetríco (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC). El resultado del
análisis de cada uno de los subproductos del hidropulpado y de separación térmica
muestran que es posible recuperar aluminio y celulosa, en un grado de pureza alto
el cual puede emplearse para reúso, por ejemplo, en la fabricación de nuevos
productos o en todo caso en los mismos envases de Tetra Pak®, en el caso del
PEBD, también se puede utilizar en la fabricación de otros productos u obtener
energía de este.
La metodología utilizada consistió en la separación y selección de envases, así
como la separación de la celulosa y aluminio, una vez efectuadas las técnicas de
caracterización los resultados mostraron los porcentajes de pureza de los
materiales, perdidas de masa, morfología, la característica superficial de los
materiales.
2
INTRODUCCIÓN En la actualidad la industria requiere de materiales con propiedades muy
particulares (que entre otras incluyen bajo peso, alta resistencia, etc.) y con
prolongada vida útil, lo da lugar a los materiales compuestos. Estos son
considerados como un sistema o combinación de materiales insolubles constituido
a partir de la unión no química de dos o más componentes que da lugar a uno nuevo,
con características específicas y que se requieren para diversas aplicaciones [3],
[4] como es el caso del Tetra Pak®. Sin embargo, el uso indiscriminado y la
inadecuada disposición final de este tipo de envases, ha conllevado importantes
problemas de contaminación ambiental, por lo que el empleo de distintos procesos
de separación y reciclaje toman relevancia en la minimización del daño originado.
En este sentido, la caracterización de materiales de reciclaje a través de técnicas
analíticas térmicas y microscópicas, cobra importancia para identificar algún cambio
en la composición y propiedades fisicoquímicas de éstos, por ejemplo, en
estructura, morfología o propiedades térmicas, lo que es una herramienta valiosa
para posteriormente darles alguna aplicación específica [5].
La presente Tesis está dividida en tres capítulos a través de los cuales se pretende
estudiar la caracterización por medio de microscopía electrónica de barrido con
análisis de energía dispersiva por rayos x (SEM-EDS), microscopía de fuerza
atómica (AFM), microscopía confocal de barrido laser (CLSM), también análisis
térmicos como, calorimetría diferencial de barrido y análisis termogravimétrico
(TGA), para el envase de Tetra Pak® y sus constituyentes polialuminio y aluminio
(Al) separados vía mecánica.
En el capítulo I, marco teórico, se define el concepto y métodos de reciclaje, para
plásticos, también se comenta la importancia ambiental, la descripción de Tetra
Pak®, así como sus componentes, y cuáles son los métodos de recuperación para
3
este tipo de envase, pero asimismo para cada uno de sus componentes. Del mismo
modo se describe cada una de las pruebas para la caracterización de Tetra Pak®.
En el capítulo II, material y método, se detalla el procedimiento técnico realizado,
para cada una de las pruebas y la obtención de estas.
Finalmente, el capítulo III, Conclusiones, presenta las principales conclusiones
obtenidas en la Tesis.
4
CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO
5
CAPITULO 1
MARCO TEÓRICO
1.1 Reciclaje
Reciclaje significa separar o extraer materiales del flujo de desechos (normalmente
post-consumo) sin valor económico y acondicionarlos para su comercialización de
modo que puedan ser usados como materias primas en sustitución de materiales
vírgenes [6].
La recuperación de los residuos sólidos es un intento de extraer más valor
económico a través de ahorro de energía y materiales, así como la protección del
ambiente. Los residuos sólidos son clasificados por su naturaleza química e
inorgánica como: residuos inorgánicos (vidrio, cerámica y metales como hierro, zinc
y aluminio); la recuperación de estos materiales ha sido objeto de estudio durante
mucho tiempo. A diferencia de los anteriores, los plásticos tienen una estructura
orgánica y la importancia de su adecuada disposición es fundamental en la
protección del ambiente debido a su larga vida [7].
Existen tres métodos para el reciclado de plásticos:
1.1.1 Reciclaje físico o mecánico
Es un proceso físico y más utilizado mediante el cual el plástico luego de ser
consumido o utilizado en procesos industriales, se vuelve a poner en circulación
para su reúso. Este proceso de reciclado es el más usado actualmente; contempla
el acopio, empacado, separación, molienda, lavado, secado y peletizado.
6
Dependiendo de la calidad del material resultante, el reciclado mecánico se conoce
como primario o secundario: consiste en la conversión de los plásticos de desecho
en artículos con propiedades fisicoquímicas iguales o similares a las del material
original y normalmente es el procedimiento in situ de productos que no cumplen con
los estándares de calidad del propio fabricante.
En el caso del reciclaje secundario, los plásticos provenientes de desecho
(mezclados o solos) se transforman en productos nuevos, pero con una calidad
inferior a la original; en este caso no se requiere la limpieza previa, por lo que en
ocasiones son llamados plásticos contaminados [8].
1.1.2 Reciclaje químico o terciario
No todos los materiales plásticos están en condiciones de ser sometidos a un
reciclado mecánico, bien porque están muy degradados y no darían productos con
buenas características, o porque se encuentren mezclados con otro tipo de
sustancias que dificultan su separación y limpieza. Para éstos, existe otra opción
para alargar la vida de estos materiales a través de diferentes tipos de reacciones
químicas.
El reciclado químico, es un proceso por el que a partir de plásticos post-consumo
se llega a la obtención de los monómeros u otros productos químicos como gas de
síntesis y corrientes hidrocarbonadas, que serán transformados posteriormente en
plásticos o bien en otros derivados.
7
El reciclado químico puede ser definido ampliamente como la reacción reversible de
la polimerización dirigida a la recuperación de las materias primas,
esquematizándose el proceso en la Figura 1.
Petróleo Productos primario
Monómeros
Polímeros
Transformación
Polimerización
Despolimerización
Figura 1. Esquema de la regeneración de productos en el reciclado químico.
El reciclado químico aplicado a los plásticos procedentes de una polimerización por
adición conduce a mezclas de compuestos hidrocarbonados, mientras que aquellos
que se obtuvieron mediante reacciones de condensación originan los monómeros
de partida (Figura 1) [9].
1.1.3 Reciclaje energético o cuaternario
Es el tratamiento térmico de los plásticos de desecho para obtener energía, la cual
se emplea para llevar a cabo otros procesos. Se fundamenta en la eliminación de la
mayor parte del volumen de los residuos mediante combustión, transformando los
desechos en gases, cenizas y escorias. Existen tres tipos de tecnologías de este
tipo en función de los requerimientos de aire: pirólisis (en ausencia de oxígeno con
la subsecuente formación de mezclas complejas de productos sólidos, líquidos o
gaseosos), hidrogenación (proceso pirolítico en una atmosfera de hidrógeno o
8
monóxido de carbono) y gasificación (combustión parcial con aire limitado). De esta
manera, el plástico se convierte en combustible proporcionando energía calorífica
como tal o que puede emplearse para la generación de electricidad [10].
1.2 Importancia ambiental del reciclaje.
Hace miles años, el paisaje de la tierra se caracterizaba por la presencia de grandes
masas de vegetación, no existía contaminación y el agua era abundante y limpia
[11]. Actualmente, existe una estrecha relación entre las cuestiones económicas y
ambientales que se condicionan, a menos que se adopten políticas más ambiciosas,
o procesos para el reciclaje, se espera que las emisiones de gases de efecto
invernadero a nivel mundial crezcan en un 50% a partir de 2010 hasta 2050, con el
grave riesgo de un aumento de 2°C en la temperatura media mundial. La población,
sigue creciendo, con una previsión para 2050 de alrededor de 9,1 mil millones de
personas en el mundo; esto requeriría un aumento en la producción de alimentos
en un 70% [12].
La industria de la alimentación es uno de los sectores industriales más grandes del
mundo y el principal consumidor de energía. La producción de alimentos,
conservación y distribución, consumen una cantidad considerable de energía, lo que
provoca el agotamiento de recursos (ya que el desarrollo de las sociedades y su
adaptación evolutiva dependen en gran medida de los recursos de la naturaleza) y
las emisiones contaminantes [13].
La protección del ambiente ya no se trata de un lujo o un capricho, sino que se ha
convertido en una de las claves para asegurar el desarrollo futuro y la permanencia
de la sociedad. No se trata sólo de proteger el ambiente en sí, sino que es una
exigencia de la supervivencia y el desarrollo sostenido de la humanidad a medio y
9
largo plazo, además de una demanda social en cuanto a derechos como la salud y
determinados niveles de calidad de vida [14].
Se basa en un aumento constante del consumo, que genera nuevas necesidades,
y en la fabricación masiva de objetos de vida limitada, destinados al desecho una
vez usados y que requieren un reabastecimiento constante. Estos objetos están
pensados y diseñados para que no puedan recuperarse, son a menudo difíciles de
reciclar, ya que es necesario separar sus múltiples y complejos componentes, como
es el caso de los envases multicapa.
Este consumo incontrolado responde más a las necesidades creadas por la
sociedad de consumo que a las del propio bienestar. La obligación de ostentar un
determinado estatus genera comportamientos compulsivos, alentados por la
publicidad que llevan a cubrir dudosas necesidades, las cuales desnaturalizan el
concepto mismo de la calidad de vida [15].
Es importante recalcar el problema de la basura en el territorio nacional. Datos
recientes señalan que de las 37.5 millones de toneladas de desechos que se
generan al año, apenas 60% llega a los rellenos sanitarios establecidos en los
municipios del país. El resto (40%) va a tiraderos a cielo abierto, corrientes de agua
y sitios inadecuados, donde la basura contamina. Y en esa basura, el plástico es un
componente muy importante.
La Asociación Nacional de Industrias del Plástico AC (ANIPAC), destacó que
durante los primeros 10 meses del año 2013, el reciclaje de plásticos en el país
aumentó 21%, debido a factores como el alto costo de la materia prima, entre otros.
De las 72 ramas de la actividad económica del país, la industria del plástico provee
a 59, entre éstos la industria automotriz, eléctrica, electrónica, farmacéutica,
agrícola y manufacturera [16].
10
El 50% de los materiales plásticos se dedican a la fabricación de envases y
embalajes (plástico, cartón, Tetra Pak®), los cuales representan un 25-30% de los
desechos domésticos [17].
El ingreso al mercado de los envases multicapa para bebidas se ha desarrollado
en forma creciente, como informó la compañía Tetra Pak® internacional, sin
embargo, en muchos países, todavía hay una falta de infraestructura para la gestión
de los residuos domésticos generados que se eliminan a través de vertederos [18].
Los envases de cartón multicapa, son más livianos que el vidrio, no se quiebran
fácilmente, permiten almacenar más tiempo las bebidas y son descartables sin
posibilidad de reutilizarlo como envase de otras bebidas. Precisamente su condición
de descartables ha originado el incremento de la basura en las ciudades donde es
mayor el consumo, con la desventaja que sus componentes (75% cartón, 20%
polietileno de baja densidad (PEBD) y 5% aluminio) no son biodegradables, y cada
uno de estos materiales son reciclables [19].
El reciclaje mundial de envases de Tetra Pak® utilizados se ha incrementado en un
10% en 2012, desde 528 a 581 kilotoneladas, que es el 22.9% del total [20]. En
2013 se produjo 170 000 millones de envases, en las 42 plantas que tiene en todo
el mundo, del cual, alrededor de 43 mil millones de envases fueron reciclados.
Tetra Pak® México informó que de 2003 al 2011 la tasa de reciclaje en México
aumentó hasta cerca de un 14%. En 2010 se produjeron en México 6 000 millones
de envases Tetra Pak®, de los cuales sólo se recicló 15% (13 500 toneladas) [21].
Para 2020 se espera duplicar el porcentaje de reciclaje de este tipo de envases de
un 20 % a un 40 % a nivel mundial [22].
En México, al cierre del año 2013, en la planta de Querétaro se produjeron 6700
millones de envases; la compañía Tetra Pak® informó que colocó más de 590
11
millones de envases multicapa en México durante 2014 [23], de éstos se recicló
cerca de 20 mil toneladas, los cuales se transformaron en papel reciclado y
productos plásticos para usos múltiples [24]
Actualmente en la República Mexicana existen ocho empresas dedicadas al
reciclaje de Tetra Pak®, cuatro están en el Estado de México, tres en el Distrito
Federal, una en Querétaro, además de 24 centros de acopio alrededor del país. La
distribución y futuros recicladores de dichos envases multicapa, se muestran en la
Figura 2 [25].
Figura 2. Actuales y Futuros recicladores Distribución Geográfica. [26]
12
1.3 Tetra Pak®.
Los cartones multicapa, llamados a menudo Tetra Pak® basado en el nombre de
su primera y más grande empresa productora, son ampliamente utilizados como
envases asépticos para bebidas como leche, jugo, vino, etc. (sin necesidad de
refrigeración ni conservadores). Este sistema de embalaje permite que los
productos sean distribuidos sin refrigeración durante períodos relativamente largos
de tiempo [27].
Aunque la naturaleza del material compuesto de celulosa-polietileno-aluminio de
envases de Tetra Pak® es esencial para la protección de toda la vida de los
productos, por otro lado, esta misma naturaleza ha obstaculizado el reciclaje de los
paquetes de post-consumo durante muchos años, ya que el reciclaje de los
procesos diseñados para materiales compuestos multicapa requiere el desarrollo
de tecnologías especiales para separar las capas que están hechos [28].
En la Figura 3, se muestra la estructura y la composición del envase de Tetra Pak®.
Figura 3. Barreras de protección del envase de Tetra Pak®. [29]
13
Del exterior al interior del envase las capas o barreras de protección son las
siguientes:
• Primera: Polietileno, protección contra la humedad ambiental (tiene sólo 10 µm
de espesor).
• Segunda: Cartón, da forma, estabilidad, rigidez, resistencia, y en donde se
realiza la impresión del diseño.
• Tercera: Polietileno, permite la adhesión entre el cartón y la capa de aluminio.
• Cuarta: Aluminio, con un espesor de 6.5 µm, actúa como barrera contra la luz y
el oxígeno, es la capa más importante del envase.
• Quinta: Polietileno, optimiza la adhesión del aluminio.
• Sexta: Polietileno, previene el contacto del producto con las otras capas del
material de envases [30].
El envase que sólo consta de cuatro capas: 1, 2, 5 y 6 se denomina no aséptico;
mientras que el aséptico cuenta con la capa número 4 de aluminio. En este trabajo
se usó el envase aséptico Tetra Pak®.
14
Las propiedades físicas y mecánicas de los materiales empleados en la fabricación
de envases multicapa se describen en las Tablas 1, 2, 3, correspondientes a PEBD,
PE-Al y Al, respectivamente.
Tabla 1. Propiedades físicas y mecánicas del PEBD. [31]
Tabla 2. Propiedades del polietileno-aluminio de los envases de Tetra Pak®. [32]
Propiedad Valor
Tensión a la ruptura, (MPa) 10.9
Elongación a la ruptura, (%) 38.8
Modulo elástico, (MPa) 177.6
Resistencia al impacto Izod, (MPa) 302.0
Conductividad eléctrica, (S/cm) 1.11x10-8
Densidad, (g/cm3) 0.9
Propiedad Valor
Punto de fusión. 110 °C
Densidad
A 20° C 0.92 g/cm3
A 50°C 0.90 g/cm3
A 80°C 0.87 g/cm3
A 110°C 0.81 g/cm3
Módulo de Young, (kg/cm2) 1.6
Resistencia a la tracción a (20°C, kg/cm2) 150
Dureza Brinell, (bola de 2mm Ø, y 3 kg) 2
15
Tabla 3. Propiedades del Aluminio. [33]
Propiedad Valor
Densidad, (kg/cm3) 2.69
Punto de fusión, (°C) 660
Punto de ebullición, (°C) 2.51
Conductividad eléctrica, (S/m) 37.7x106
Conductividad térmica, (W/(km)) 237
Módulo elástico, (GPa) 70
Los envases de Tetra Pak® son 100% reciclables y tienen un valor remanente. La
revalorización a través del reciclaje, depende de que el subproducto pueda estar
disponible para los recicladores y a su vez, que la sociedad pueda manejar
integralmente los residuos que genera.
En el proceso de recuperación de envases Tetra Pak®, la reuso de Al-PEBD
(polialuminio), es muy importante, representa aproximadamente el 25% del peso
total del envase, pero el espesor del polialuminio, con un aproximado de 46.5 µm.
Además, la alta resistencia de unión de 120 a 160 MPa entre las capas de Al y
PEBD, lo cual hace difícil el reúso de cada uno de los compuestos [34].
Para entender mejor los procesos de reciclaje del Tetra Pak® a continuación se
mencionan algunas generalidades de cada uno de los componentes de este tipo de
envase, como es la celulosa, polietileno de baja densidad (PEBD) y el Aluminio.
16
1.3.1 Celulosa.
La celulosa, representa probablemente el polisacárido más abundante de todos en
la naturaleza. Es el principal componente de los tejidos de sostén de los vegetales
(componente estructural primario de las paredes celulares de las plantas, constituye
de la mitad del carbono en la biosfera. [35]); la madera está constituida
esencialmente de celulosa [36].
A diferencia de los polisacáridos de reserva, la celulosa y otros polisacáridos
estructurales son moléculas extracelulares extruidas por las células que las
sintetizan. Como la amilosa, la celulosa es un homopolisacárido lineal de residuos
de glucosa, pero en la celulosa los residuos están conectados por enlaces
glucosídicos β(1→4) en lugar de enlaces α(1→4). A través de los enlaces β(1→4)
se encuentran unidas las unidades β-D-glucopiranosa, así, se forman cadenas
rectas reforzadas, además, por enlaces cruzados de puentes de hidrógeno. Por ser
la celulosa un polímero lineal muy grande, se encuentra constituida hasta por 15,000
restos de D-glucosa (un glucano).
La celulosa puede encontrarse en forma de cadenas totalmente extendidas, de tal
manera que cada residuo de glucosa presenta un giro de 180° respecto al residuo
de al lado, de este modo las cadenas pueden formar cintas que se empaquetan una
al lado de otra con una red de enlaces de hidrógeno dentro de ellas y entre ellas
[37].
El papel utilizado en la elaboración de envases de Tetra Pak® está constituido
químicamente por celulosa (C6H10O5)200, carbohidrato que se forma por la unión de
moléculas de β-glucopiranosa mediante enlaces β-1,4 glucosídico [38].
17
En la Figura 4, se muestra la estructura molecular de la celulosa.
Figura 4. Estructura molecular de la celulosa. [39]
En el mundo se consumen 176 millones de toneladas de celulosa, siendo Estados
Unidos el principal empleador de este insumo; por otra parte, el papel puede ser
reciclado de tres a ocho veces, pero para ello necesita de celulosa [40].
Por cada tonelada que se recicla se recuperan 750 kilogramos de papel y se ahorran
3000 kW de energía eléctrica, 100 000 litros de agua y 221 kilogramos de
combustible [41]. México en 1970 se recuperaban solo 350 000 toneladas de papel
de desperdicio, pero ahora estos números han mejorado significativamente hasta
colocar a México uno de los principales recicladores de papel.
La República Mexicana ocupa el tercer lugar a nivel mundial en reciclaje de papel,
con 4.5 millones de toneladas de desperdicio al año, que representan 85% de la
materia prima fibrosa utilizada [42].
18
1.3.2 Polietileno de Baja Densidad (PEBD).
El primer polímero comercial de etileno fue el polietileno ramificado, comúnmente
denominado material de baja densidad o alta presión, llegó a ser en 1959 el primer
plástico, con una producción superior a los 100 millones de Ib, se produjo por
primera vez en los laboratorios de Imperial Chemical Industries, Ltd. (ICI), Inglaterra,
en un experimento fortuito en el que el etileno (y otras sustancias químicas que
pertenecieron inertes) fue sometido a 1400 atm de presión a 170°C. Trazas de
oxígeno hicieron que la polimerización tuviera lugar. El fenómeno fue descrito por
primera vez por E. W. Fawcett [43].
El polietileno de baja densidad (PEBD) es un polímero que pertenece a la familia de
los polímeros olefínicos, es decir que se deriva de la polimerización de las olefinas.
Como su nombre lo indica, el polietileno está conformado por repetidas unidades de
etileno. Se le considera un polímero de adición y su proceso de polimerización suele
realizarse bajo presiones de 1500 a 2000 kg cm2⁄ [44].
La estructura del PEBD es de cadenas muy ramificadas. Ésta característica hace
que su densidad sea más baja en comparación con el polietileno de alta densidad
(PEBD) [45]. En la figura 5, se presenta la síntesis que emplea etileno como
monómero, así como su unidad funcional repetitiva.
Figura 5. Estructura general del etileno y polietileno. [46]
19
1.3.2.1 Propiedades del polietileno de baja densidad (PEBD).
El polietileno de baja densidad es un termoplástico comercial, semicristalino (un
50% típicamente), transparente y más bien blanquecino, flexible, liviano,
impermeable, inerte (al contenido), no tóxico, tenaz (incluso a temperaturas bajas),
con poca estabilidad dimensional, pero fácil procesamiento y de bajo costo [47]. Las
propiedades físicas del polietileno son funciones de tres variables estructurales el
peso molecular, la distribución de peso molecular o ramificación de cadena larga, y
la ramificación de cadena corta.
La ramificación de cadena corta tiene un efecto predominante sobre el grado de
cristalinidad y por consiguiente sobre la densidad del polietileno. En realidad, estas
propiedades están influidas por la ramificación total de la cadena, pero el número
de puntos de ramificación de cadena larga por molécula en los polietilenos típicos
es tan pequeño con respecto al número de puntos de ramificación de cadena corta
que el anterior puede despreciarse.) Las propiedades dependientes de la
cristalinidad, tales como la rigidez, resistencia al desgarro, dureza, resistencia
química, temperatura de reblandecimiento y el límite de deformación, aumentan con
densidades crecientes o cantidades decrecientes de ramificación de cadena corta
del polímero, en tanto que la permeabilidad a los líquidos y gases, la tenacidad y la
resistencia a la flexión decrecen bajo las mismas condiciones.
El efecto del peso molecular se evidencia claramente en las propiedades del fundido
y las propiedades que implican grandes deformaciones del sólido. Al crecer el peso
molecular lo hace la resistencia a la tracción, desgarro; tenacidad a baja
temperatura, reblandecimiento, resistencia al impacto y la resistencia al
cuarteamiento por tensiones ambientales, mientras que la fluidez del fundido, la
"ductilidad" del fundido y el coeficiente de fricción (película) disminuyen.
20
Estas propiedades se comparan sobre la base de los cambios en el índice de fusión,
que varía inversamente con el peso molecular.
El efecto de la ramificación de cadena larga sobre las propiedades del polietileno se
evalúa con frecuencia en función de la amplitud de la distribución de peso molecular
Mw (peso molecular promedio en peso g/mol) /Mn (peso molecular promedio en
número g/mol). Manteniendo constantes los demás parámetros estructurales, una
disminución de Mw/Mn causa una disminución en la facilidad de procesado, pero
también un aumento en la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia al impacto,
temperatura de reblandecimiento y la resistencia al cuarteamiento por tensiones
ambientales [48].
1.3.3 Aluminio (Al).
En el año 1886, P. L. T. Heroult y C. M. Hall, descubren independientemente el
procedimiento electrolítico para la obtención dc aluminio a partir de alúmina (Al2O3, ).
Básicamente, el método consistía en poner la alúmina en una solución de criolita
(Na3AlF6) fundida; unos electrodos de grafito cumplían la doble función del baño
fundido y descomponer electrolíticamente los óxidos de aluminio. Desde el año
1888, la obtención de alúmina a partir de bauxitas se lleva a cabo mediante el
procedimiento patentado por K. J. Bayer [49].
El Aluminio es el elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Es el
elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Su ligereza, alta
conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto de fusión le
convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones, especialmente en
aeronáutica. Sin embargo, la elevada cantidad de energía necesaria para su
obtención dificulta su mayor uso; dificultad que puede compensarse por su bajo
coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio [50].
21
En México se consumen 277 608 toneladas de aluminio, reciclarlo representa un
ahorro de 91% de la energía que se requiere para renovarlo [51].
1.4 Reciclaje del Tetra Pak®.
El proceso más conocido para reciclar los envases multicapas es el hidropulpado.
En este sistema se añade agua y los envases multicapas en un tanque en donde a
través de la acción de alta velocidad de las hojas de corte montado sobre un rotor
en la parte inferior del tanque permite separar las fibras de papel que se encuentran
en un 75%, se agita entre 15 y 45 minutos convirtiéndola en una mezcla que por
diferencia de densidades separa la celulosa queda suspendida en el agua, del
polialumio. El polietileno y el aluminio son retenidos posteriormente por una serie de
filtros que dejan pasar el agua y la celulosa que se utiliza para nuevos productos de
papel reciclado [52].
En la figura 6, se muestra el equipo hidropulpeador así como el proceso para reciclar
envases multicapa.
Figura 6. Hidropulpeador. [53]
22
El polialuminio representa el 25% del material reciclado, el cual se puede utilizar
como materia prima para diferentes procesos de transformación de plástico, tales
como: extrusión, moldeo por compresión, fabricación de materiales compuestos,
mezclas con otros polímeros, rotomoldeo e inyección de plásticos.
La recuperación de polietileno-aluminio (polialuminio), resulta atractiva para muchos
empresarios cuando se recuperan grandes cantidades de este material [54].
En la Figura 7, se puede observar el material de polietileno-aluminio, que resulta de
la separación de la celulosa y la capa externa de polietileno [55].
Figura 7. Polialuminio. [56]
Otros procesos para la separación del aluminio del polietileno son:
• El reciclado mecánico mediante el hidropulpado, que permite que el
polialuminio se separe de la celulosa y sirva como materia prima para
producir artículos de plástico.
• El uso del plasma térmico, tecnología que utiliza energía eléctrica para
producir un chorro de plasma a 15 000°C. El calor ioniza la mezcla de
23
plástico-aluminio, y da como resultado la transformación del plástico en
parafina, y la recuperación del aluminio en forma pura.
• La incineración del polialuminio en hornos para producir energía y utilizarla
en la industria del cemento; es decir el polialuminio es una alternativa de
combustible, en sustitución del carbón. Durante el proceso de generación de
energía se produce óxido de aluminio, material que se requiere para la
fabricación del cemento. Esta operación significa ahorro de material primas.
Cabe mencionar que en el proceso normal para la fabricación del cemento
se utiliza bauxita, la cual al calentarse produce óxido de aluminio.
• Mediante pirólisis se separan estos materiales (PEBD y Al), recuperando
aluminio de alta calidad. El polialuminio alimenta un horno rotativo donde el
material se calienta en un ambiente inerte para evitar la combustión del
polímero. El resultado de este proceso consiste en bloques de aluminio y
gases pirolíticos [57].
• Con el uso de disolventes orgánicos, los materiales compuestos Al-PE se
sumergen en una solución orgánica, agua, benceno etanol a 60ºC [58].
• Por medio de aceite reusado. La separación del polímero respecto del
aluminio utilizando el aceite vegetal, por medio de calentamiento hasta una
temperatura de 140°C, posteriormente se lava tanto el aluminio como el
polímero con alcohol etílico para eliminar el exceso de aceite y tratar el
aluminio con alcohol en ebullición, además de utilizar etanol que
posteriormente se reutiliza en el proceso [59].
• Mediante la sinergia de un proceso químico y una fuente de irradiación
térmica. [60]
24
En la Figura 8, se puede observar un diagrama del proceso para el reciclaje del
Tetra Pak®.
Acopio
Polialuminio25%
Celulosa 75%
Productos Papel
Repulpeo
Figura 8. Diagrama del proceso del reciclaje del Tetra Pak®.
A continuación, se presentan los distintos procesos para el reciclaje de los
componentes de Tetra Pak®
1.4.1 Reciclaje de PEBD
• Reciclaje físico o mecánico.
• Reciclaje químico o terciario.
• Reciclaje energético o cuaternario.
25
1.4.2 Reciclaje del Al
Este proceso es muy sencillo, consiste en fundir al aluminio para volver a utilizarlo.
Reciclarlo es más económico y además implica menor uso de energía que la propia
producción de aluminio, que requiere electrólisis de alúmina. La energía precisa
para reprocesar un envase de aluminio es menos de un 5% de la que se precisaría
si se partiera de materias primas usadas para la síntesis del aluminio (bauxita) [61].
1.4.3 Reciclaje de la Celulosa
El proceso de reciclado de papel se puede resumir en las siguientes etapas:
1.- El papel en contenedores de reciclado se lleva a la fábrica de papel donde se
clasifica.
2.- El papel clasificado se lava con agua jabonosa para remover tintas de impresión
que se encuentran adheridas a las fibras de celulosa y darle blancura y pureza, pero
también para eliminar impurezas que no son fibras como películas plásticas, grapas
y pegamentos. Las fibras se pueden limpiar de tinta progresivamente para obtener
la pulpa pura, removiendo la tinta con un proceso de flotación en donde se sopla
aire a la solución. La tinta se adhiere a las burbujas de aire que suben a la superficie
donde se separa. Después de que la tinta ha sido removida, la fibra puede ser
blanqueada usualmente con agua oxigenada. La pulpa resultante se filtra varias
veces a fin de hacerla adecuada para la fabricación de papel. El papel sin tinta se
coloca en un gran tanque donde se mezcla con agua para formar una pasta.
3.- De acuerdo con los materiales que se añadan a la pasta, se elaboran diferentes
productos de papel- cartulina, papel periódico o papel para oficina. Con frecuencia
se mezclan las fibras recuperadas con fibras vírgenes. Básicamente todos los
26
grados de papel se pueden producir basados por completo en papel recuperado.
Sin embargo, para algunos papeles utilizados en publicaciones de alta calidad y en
algunas publicaciones de empaque, sólo puede utilizarse papel recuperado de alta
calidad mismo que generalmente no estará disponible en grandes cantidades.
4.- La pasta de papel se esparce utilizado para ello grandes rodillos para formar
hojas delgadas extensas y continuas.
5.- Se seca el papel y luego se enrolla quedando listo para su corte y envío a los
almacenes de venta [62].
1.5 Técnicas analíticas para la caracterización del Tetra Pak®.
La definición generalmente aceptada de análisis térmico abarca al grupo de técnicas
en las que se mide una propiedad física de un sistema (sustancia o un material) en
función de la temperatura mientras se le somete a un programa de temperatura
controlado. Se pueden distinguir más de una docena de métodos térmicos que
difieren en las propiedades medidas y en los programas de temperatura. Estos
métodos encuentran una amplia aplicación tanto en el control de calidad como en
investigación de productos farmacéuticos, arcillas, minerales, metales, aleaciones,
y polímeros.
Los efectos del calor sobre los materiales pueden ser varios y producir cambios en
muchas de sus propiedades. En el análisis térmico, los cambios de peso configuran
la base de la termogravimetría (TG), mientras que la medida de los cambios de
energía constituye la base de la calorimetría diferencial de barrido.
La identificación de los productos obtenidos a través del reciclaje del Tetra Pak® se
puede llevar a cabo por medio de técnicas analíticas. Entre los principales métodos
para la caracterización se encuentran:
27
a) Técnicas térmicas
• Calorimetría diferencial de barrido (DSC).
• Análisis termogravimétrico (TGA).
b) Técnicas microscópicas
• Microscopía de fuerza atómica (AFM).
• Microscopía electrónica de barrido con análisis de energía dispersiva
por rayos x (SEM-EDS).
• Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
A continuación, se presentan los fundamentos de las pruebas para la
caracterización del Tetra Pak® empleadas en este trabajo de investigación.
1.5.1 Calorimetría diferencial de barrido
La calorimetría diferencial de barrido, comúnmente conocida como DSC, acrónimo
del inglés “Defferential Scanning Calorimetry”, es la técnica experimental más
directa y precisa para caracterizar sistemas moleculares bien definidos, cuyas
estructuras están estabilizadas por numerosas fuerzas débiles y, por consiguiente,
susceptibles de experimentar transiciones conformacionales y/o cambios de fase al
modificar la temperatura.
El uso de la calorimetría diferencial de barrido permite medir la capacidad calorífica
aparente de una disolución macromolecular como una función continua de la
temperatura, obteniéndose así lo que comúnmente se denomina termograma. A
partir de esta función es posible, si el sistema macromolecular está bien definido,
determinar los parámetros termodinámicos asociados a la transición inducida por la
temperatura: cambios de entalpía (∆H), de entropía (∆S), de energía de Gibbs (∆G)
y de la capacidad calorífica (∆Cp) [63].
28
1.5.2 Análisis termogravimétrico (TGA).
La termogravimetría es una técnica de análisis térmico en la que se determina la
pérdida o ganancia de masa de una muestra en función a la temperatura. Se puede
definir básicamente en tres tipos de análisis termogravimétricos:
• Análisis termogravimétrico isotérmico: en el que se mantiene la temperatura
constante mientras se registran los cambios de la masa.
• Análisis termogravimétrico casi isotérmico: en al cual la muestra a analizar
se calienta mientras la masa es constante y se estabiliza la temperatura
mientras se van produciendo los cambios de masa.
• Análisis termogravimétrico constante: en el que la muestra se calienta en una
atmosfera controlada con una rampa de temperatura previamente fijada [64].
1.5.3 Microscopía Electrónica de Barrido con Análisis de Energía Dispersiva por Rayos X (SEM-EDS).
La espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS) se utiliza para identificar
la composición elemental de una muestra. Esta técnica se encuentra integrada a un
SEM, ya que se aprovecha la energía característica de los rayos X emitidos debido
a las interacciones de su haz de electrones con el material. La emisión de rayos X
es utilizada para identificar la composición elemental de una muestra, ya que el
átomo emite rayos X con cantidades únicas de energía durante este proceso de
transferencia.
Así, midiendo las cantidades de energía presentes en los rayos X que son emitidas
por un espécimen en particular durante el bombardeo de haz de electrones, es
posible establecer la identidad del átomo del cual los rayos X fueron emitidos.
29
Un espectro de EDS exhibe normalmente los picos que corresponden a los niveles
de energía para los cuales la mayoría de los rayos X han sido recibidos. Cada uno
de estos picos es único a un átomo y por lo tanto corresponde a un solo elemento,
es decir, el pico en un espectro corresponde a un elemento presente en un sólido.
Las posiciones de las líneas (picos con energías apropiadas) dan la información
sobre la composición cualitativa de la muestra. El número de cuentas de los rayos
X corresponde a la concentración de los elementos (altura de pico) [65].
En la Figura 9, se observa el funcionamiento del microscopio electrónico de barrido.
Figura 9. Esquema del funcionamiento del microscopio electrónico de barrido. [66]
30
1.5.4 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM)
El microscopio de fuerza atómica (AFM de sus siglas en inglés Atomic Force
Microscope), es un equipo de tipo sonda de barrido de muy alta resolución, que ha
demostrado ser de fracciones de nanómetros, más de 1000 veces mejor que el
límite de difracción óptica. El AFM es una de las principales herramientas para
generar imágenes y medir propiedades a escala nanométrica. El término
microscopio utilizado para este equipo es erróneo, ya que esto implica observación
cuando en realidad la información es recopilada “sintiendo” la superficie con una
sonda mecánica.
• Modos de trabajo:
a) Contacto: Mide la topografía de la muestra deslizando la punta sobre su
superficie.
b) Tapping: También llamado contacto intermitente, mide la topografía de la
muestra tocando intermitentemente su superficie.
c) No Contacto: Mide la topografía de acuerdo a las fuerzas de Van der Waals
que existen entre la superficie de la muestra y la punta.
31
En la Figura 10, a) se presenta un esquema del funcionamiento del microscopio de
fuerza atómica, b) un ejemplo del resultado de la prueba de AFM.
Figura 10. Esquema del funcionamiento de un microscopio de fuerza Atómica. [67]
1.5.5 Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
La microscopía confocal es una técnica relativamente nueva que está logrando
excelentes resultados en diversas ramas de la ciencia (medicina, biología,
materiales, geología, etc.). Aunque el principio de la microscopía confocal fue dado
a conocer por Minsk en 1957. Su éxito se debe a las ventajas que ofrece frente a la
microscopía óptica convencional (imágenes de mayor nitidez y contraste, mayor
resolución vertical y horizontal, etc) y, sobre todo, a la posibilidad de obtener
imágenes que permiten su estudio tridimensional.
Aunque el principio de la microscopía confocal fue patentado en 1957 por Minsk y
los primeros microscopios basados en esta técnica que demostraron su validez
fueron descritos por Petran et al. en 1968, su gran aceptación y espectacular
desarrollo no ha tenido lugar hasta hace unos pocos años con el desarrollo del láser
32
y de los ordenadores personales. La mayor parte de las muestras observadas con
microscopía óptica son traslúcidas o, en el caso de ser opacas, su superficie de
reflexión no se encuentra perfectamente pulida. En ambos casos la luz interacciona
con la muestra a varias profundidades por lo que la imagen que llega al observador
presenta áreas borrosas debidas a la luz procedente de zonas fuera del plano de
enfoque, lo que produce una degradación en el contraste y resolución de la imagen.
El principio de la microscopía confocal se basa en eliminar la luz reflejada o
fluorescente procedente de los planos fuera de foco. Para ello se ilumina una
pequeña zona de la muestra y se toma el haz luminoso que proviene del plano focal,
eliminándose los haces procedentes de los planos inferiores y superiores [68].
En la Figura 11, se representa un esquema del funcionamiento del microscopio
Confocal de Barrido Laser (CLSM).
Figura 11. Esquema del funcionamiento de un microscopio Confocal de Barrido Laser (CLSM). [69]
33
CAPÍTULO II
MATERIAL Y MÉTODOS
34
CAPÍTULO II
MATERIAL Y MÉTODOS
2.1 Material
• Envases Tetra Pak®, misma marca y presentación. • Lata de aluminio
2.2 Equipo
• Analizador térmico Netzsch modelo Jupiter STA 449 F3.
Figura 12. Analizador Térmico. [70]
35
• Microscopio de fuerza atómica marca VEECO modelo CP-II: SPM Digital.
Figura 13. Microscopio de Fuerza Atómica. [71]
• Microscopio de Barrido Electrónico JEOL, JSM6010LA.
Figura 14. Micorscopio de Barrido Elactronico. [72]
36
• Microscopio Confocal de Barrido Láser (CLSM), modelo TCS SPE / CTR
4000, marca LEICA.
Figura 15. Microscopio Confocal de Barrido Láser. [73]
37
2.3 Desarrollo experimental
2.3.1 Diagrama de flujo
En la Figura 16, se muestran las diferentes etapas del proceso, las cuales se
describirán en los puntos siguientes.
Acopio de envases
Corte
Lavado
Secado
Corte
Caracterización
Inmersión en agua
Separación térmica
Técnicas térmicas
Técnicas microscópicas
Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
Análisis Termogravimétrico
(TGA)
Microscopía de fuerza atómica (AFM)
Microscopía electrónica de barrido
con análisis de energía dispersiva
por rayos x.(MEB-EDS)
Microscopía Confocal de barrido láser
(CLSM).
Figura 16. Diagrama de flujo.
38
Obtención de muestras para la caracterización de envases de Tetra Pak®.
2.3.1.1 Acopio y corte
Se reunieron cinco envases de Tetra Pak®, a lo que se les levantó las pestañas y
se compactaron, según se muestra en la Figura 17.
Figura 17. Envases de Tetra Pak®.
Posteriormente se cortaron los bordes superiores e inferiores y el sellado
longitudinal del envase con las tijeras, según la Figura 18.
Figura 18. Corte de envases de Tetra Pak®.
39
2.3.1.2 Lavado y secado
Este proceso se añade agua y los envases multicapa en una cubeta para lavar la
parte interna y externa de las muestras con jabón y una esponja suave, para quitar
cualquier residuo.
Posteriormente, para el secado de las muestras, éstas se ponen al sol, por
aproximadamente tres horas, como se observa en las Figuras 19 y 20.
Figura 19. Procedimiento de lavado de Tetra Pak®.
Figura 20.Procedimiento de secado de Tetra Pak®.
40
2.3.1.3 Obtención de polialuminio.
Para la obtención del polialuminio, se realizó en una cubeta de 20L, donde las
muestras quedaron sumergidas en agua, en promedio con una medida de 28 cm x
19 cm, se agregó 15L de agua potable y se dejó reposar por 48h con agitación.
Poco a poco se va desprendiendo la celulosa de la muestra de tal forma que queda
suspendida en el agua en la parte superior de la cubeta.
Posteriormente, se sacaron las muestras de la cubeta, se ponen al sol, por
aproximadamente tres horas, como se observa en la Figura 21.
Figura 21. Muestra Polialuminio.
2.3.1.4 Separación térmica, para obtener el aluminio del Tetra Pak®
Para determinar la composición del Aluminio, se procedió a la separación del metal
mediante pirolisis, consiste en colocar la muestra en el mechero para la incineración
de la celulosa y el PEBD.
41
2.4 Desarrollo de las pruebas para la caracterización.
2.4.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Análisis Termogravimétrico (TGA), simultáneos.
La preparación de las muestras (Tetra Pak® y polialuminio) para el análisis
termogravimétrico se llevó a cabo adicionando una cantidad relativamente pequeña
de éstas sobre una cápsula de aluminio, la cual se soporta mediante un alambre en
forma de gancho quedando finalmente en el interior del horno que a su vez está
aislado del exterior mediante un tubo de vidrio. Cabe mencionar que se utilizó la
termobalanza del equipo para pesar las masas iniciales de cada muestra.
Enseguida, las muestras se colocaron dentro del horno a condiciones de atmosfera
y temperatura controladas (para evitar reacciones indeseadas con otros gases).
Para el último parámetro, el intervalo se estableció de acuerdo a la temperatura de
fusión tanto de la celulosa (270°C) como del polietileno (110°C).
Durante el proceso, la electrobalanza registró las pérdidas de masa que se
producían en las muestras por efecto del calentamiento producido. Los datos fueron
captados por el sensor y la formación sobre la mesa ó perdida de la masa son
procesados por el sistema y son mostrados en una pantalla del equipo en forma de
una curva termogravimétrica.
Las condiciones experimentales que se consideraron se describen a continuación:
1) Condiciones de barrido: 25°C a 550°C con una velocidad de calentamiento
lineal de 10°C/min.
2) Atmósfera: nitrógeno de ultra alta pureza 99.997% con flujo de 20 mL/min.
3) Tipo de crisoles: aluminio de 5 mm de diámetro.
42
4) Análisis: Se corrió el blanco previo a la muestra con el crisol vacío bajo las
mismas condiciones que la muestra. Posteriormente se colocó la muestra en
el crisol, procurando que estuviera lo más posible en contacto con el fondo
del crisol; se selló con la prensa y entonces se realizó el programa de
calentamiento.
2.4.2 Microscopía electrónica de Barrido con Análisis de Energía Dispersiva por Rayos X (SEM-EDS).
La gran ventaja del MEB es que se pueden analizar muestras sin apenas
preparación, y si es lo suficientemente pequeña de aproximadamente 3mm x 3mm
para entrar en la cámara de vacío, se puede realizar el análisis sin necesidad de
alterar su estado físico en forma alguna.
Después que las muestras se cortaron para el análisis, deben estar perfectamente
limpios y libres de grasa para evitar contaminación superficial, éstas deben estar
convenientemente adheridas a dicho soporte, para ello se suele emplear una cinta
con doble cara adhesiva.
Casi todas las muestras de materiales cerámicos y de polímeros suelen ser no
conductoras, por lo que su observación con electrones secundarios es difícil o
imposible debido a la acumulación de carga que se produce en su superficie. La
acumulación de carga produce una zona de carga espacial que deflecta el haz
incidente produciendo zonas blancas excesivamente brillantes durante la
observación, la conducción de la muestra es tal que su observación por SEM no
requiere más que una buena adhesión entre la muestra y el porta muestras.
43
2.4.3 Microscopia de Fuerza Atómica (AFM)
La ventaja del microscopio de fuerza atómica AFM, es la versatilidad del mismo. Se
utilizó a temperatura ambiente, la muestra de aproximadamente 3 mm x 3 mm, se
coloca en un portaobjetos no requiere una preparación especial, para que se pueda
adaptar al portamuestras del AFM. El modo que se utilizó fue el tapping, éste trabaja
en atmósfera ambiente mediante oscilación del cantiléver a su frecuencia de
resonancia o cercana a ella utilizando un cristal piezoeléctrico. El movimiento del
piezoeléctrico provoca que el cantilever oscile con una elevada amplitud (en general
mayor de 20 nm) cuando la punta no está en contacto con la superficie. Para obtener
buenos resultados con AFM, es necesario un aislamiento perfecto de vibraciones,
las especificaciones con las que se trabajó son las que se muestran en la tabla 4.
Tabla 4. Especificaciones de las muestras para el Análisis de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).
Datos Tetra Pak® Polialuminio Aluminio Aluminio
lata Líneas de
exploración 448 448 448 448
Puntos de escaneo 448 448 448 448
Velocidad de barrido 0.28 Hz 0.27 Hz 0.28 Hz 0.28 Hz
Tamaño de escaneo 60 µm 90 µm 5 µm 90 µm
2.4.4 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM).
Las muestras fueron las misma que las de AFM, solo que se debe poner un cubre
objetos.
44
CAPÍTULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN
45
CAPÍTULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para poder llevar a cabo la caracterización del envase Tetra Pak® se realizó un
proceso previo como se indica en la sección 2.5.1.
A continuación, se presentan los resultados obtenidos mediante las distintas
técnicas de caracterización empleadas en cada uno de los materiales (Tetra Pak®,
Polialuminio y Aluminio).
3.1 Caracterización del Tetra Pak®
3.1.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC).
El análisis de DSC se realizó en un rango de temperatura comprendido de los 25°C
a los 550°C. Específicamente en el caso del Tetra Pak®, los resultados obtenidos
se muestran en la figura 22 donde se pueden observar tres picos: el primero indica
la fusión del PEBD (106°C); el segundo es posible que corresponda a la
descomposición de la celulosa (358.2°C) en tanto que el último, denota la
descomposición del PEBD (482°C).
Figura 22. Termograma obtenido por DSC para la muestra de Tetra Pak®
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 100 200 300 400 500 600
DSC -Tetra Pak®
Temperatura °C
DSC /(mW/mg)
46
3.1.2 Análisis Termogravimétrico (TGA).
El análisis de TGA se realizó en el mismo intervalo de temperatura que el DSC. Para
la muestra de Tetra Pak®, los resultados obtenidos se muestran en la figura 23.
De acuerdo a la curva se observa que la primera pérdida es del 6% de masa
(restando un 94%). Lo anterior puede ser resultado de la merma por humedad en la
muestra aunada a la fusión del PEBD. La segunda pérdida que se presenta es del
43%, dada por descomposición de la celulosa (quedando una masa remanente del
49%); la tercera pérdida (26%) es debido a la descomposición del PEBD obteniendo
una masa total final del 75%. El 24% de masa restante corresponde al aluminio ya
que no hubo pérdida por fusión dado que la temperatura necesaria para lograr el
cambio de fase es de 660°C, la cual no se alcanzó en el análisis. El 1% puede ser
debido a alguna contaminación, como lo muestra el análisis elemental en la Tabla
5 (ver pág. 52).
Figura 23. Termograma obtenida por TGA para la muestra de Tetra Pak®.
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600
TGA de Tetra Pak®TG/ %
Temperatura °C
47
3.1.3 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).
El resultado de la caracterización de la película de polialuminio se muestra en la
figura 24, donde se aprecia su topología.
En las cuatro micrografías se observan las líneas marcadas del aluminio, en la figura
24(a), se aprecian tres colores muy marcados el verde, azul, y un pequeño punto
rojo. La zona azul está entre los rangos 1.3-1.65 µm [figuras 24(b) y 24(d)]; en este
caso los picos de aluminio alcanzan una altura entre 7.60- 10.4 µm, a pesar de que
es una muestra de envase multilaminado, no es uniforme, En la figura 24(c), se
puede observar una no uniformidad en la muestra, por lo cual, es posible inferir la
presencia de celulosa, por las irregularidades de la micrografía. El promedio de la
altura es de 10.40 µm.
Figura 24. Distintos cortes de Tetra Pak® obtenidas por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal.
48
3.1.4 Microscopía Electrónica de Barrido.
La figura 25 muestra la morfología del Tetra Pak®, donde se observan 5 capas del
envase (de un total de 6). El número 1 corresponde a la más externa del material
(cuya composición es PEBD), la segunda se asocia a la celulosa, la tercera capa de
un polímero, la cuarta se puede identificar bien al aluminio y por consiguiente la
quinta es un polímero (PEBD), entre la segunda y tercer capa se observa la
adherencia entre el cartón y polietileno, el polietileno para unirse con el cartón, se
introduce en las fibras de celulosa, esto es porque la unión de las capas se realiza
a 106°C en la que el polietileno hace la función, lo que permite que este se
introduzca en las fibras de celulosa y al momento de enfriarse, el polietileno
adquiere su estado sólido.
Figura 25. Micrografía obtenida por SEM del Tetra Pak®.
49
En la figura 26 se presenta la descripción morfológica del Tetra Pak® a un
acercamiento a 250X donde se observan 4 capas, la primera es celulosa, la
segunda es polietileno de baja densidad (PEBD), la tercera es aluminio (Al), la
cuarta polietileno, entre la primera, segunda y tercer capa se observa la adherencia
entre el cartón, polietileno y aluminio, el polietileno para unirse con el cartón, se
introduce en las fibras de celulosa, esto es porque la unión de las capas se realiza
a 106°C en la que el polietileno hace la función de un adhesivo, lo que permite que
este se introduzca en las fibras de celulosa, y al mismo tiempo al aluminio.
Figura 26. Micrografía obtenida por SEM del Tetra Pak® a 250X.
50
En la Figura, 27 y Tabla 5, se presenta el resultado del análisis elemental por EDS,
así como la composición química en porcentaje atómico del Tetra Pak®, donde se
observa una concentración alta de carbono (C), oxígeno (O), y aluminio (Al), lo cual
confirma la presencia de un polímero.
Figura 27. Análisis elemental por EDS del Tetra Pak®.
Tabla 5. Composición química de Tetra Pak®, por análisis elemental.
Elemento % C 81.184 O 15.701 Al 3.114
51
3.1.5 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM).
Las micrografías comparativas de fluorescencia, tiene tres tipos de longitudes, azul
405 nm, verde 488 nm, rojo 532 nm, en la figura 28(a)(b)(c)(d) se observa que tiene
un poca de fluorescencia, por la presencia de aluminio (Al) ya que es un material
que tiene poca fluorescencia, en el envase de Tetra Pak®. En las cuatro
micrografías se tiene poca fluorescencia, ya que es un material compuesto.
Figura 28. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
ef
52
3.1.6 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM) de la Celulosa.
Se analizó la película de celulosa y PEBD, del envase de Tetra Pak®, las
micrografías comparativas de fluorescencia, tiene tres tipos de longitudes, azul 405
nm, verde 488 nm, rojo 532 nm, se puede observar que en la figura 29(a)(b)(c)(d),
que la celulosa tiene buena fluorescencia, por lo cual se puede apreciar las fibras
de la celulosa, gracias al PEBD, que también es fluorescente.
Figura 29. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
53
3.2 Caracterización del Polialuminio.
3.2.1 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC).
Los resultados obtenidos para el análisis por DSC, se muestran en la figura 30 en
la cual se aprecian dos picos: el primero correspondiente a la fusión del PEBD
(104.7°C) y el segundo, relacionado con la descomposición del PEBD (482°C).
Cabe mencionar que no se observa la fusión del aluminio, porque ésta temperatura
se alcanza a los 660°C y la prueba se corrió hasta 550°C.
Figura 30. Termograma obtenida por DSC para la muestra de Polialuminio.
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 100 200 300 400 500 600
DSC - PolialuminioDSC/(mW/mg)
Temperatura / °C
54
3.2.2 Análisis Termogravimétrico (TGA).
Los resultados obtenidos se muestran en la figura 31; se puede notar la pérdida de
masa del polialuminio a los 104°C, con una reducción del 9.50% (por fusión del
PEBD), comparativamente en la curva de DSC se observa que hay una
descomposición los 479°C del PEBD, (pérdida de masa del 70.32%) quedando una
masa remanente del 20.1%, que corresponde al aluminio.
Figura 31. Termograma obtenida por TGA para la muestra de Polialuminio.
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600
TG % TGA de Polialuminio
Temperatura °C
55
3.2.3 Microscopía de Fuerza Atómica.
Los resultados de la caracterización por microscopía de fuerza atómica de
polialuminio se observan en la micrografía en la figura 32.
En la figura 32(a), aporta que el relieve no es uniforme. Las zonas de color azul
están por debajo de 1.35 µm, en 32(b) y 32(d), se puede apreciar que la altura del
pico que está entre 3.65-5.62 µm,
La micrografía correspondiente a 32(c) corresponde a una vista superior de barrido,
donde todavía se aprecia presencia o restos de celulosa.
Figura 32. Distintos cortes de Polialuminio obtenidas por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal.
56
3.2.4 Microscopía Electrónica de Barrido.
Se puede observar en la figura 33 la morfología de la película obtenida, se aprecian
canales cilíndricos, las partes más brillantes se considera que corresponde al
aluminio (Al), mientras que las partes restantes son de restos de celulosa y
polímero.
Figura 33. Micrografía obtenida por SEM de Polialuminio a 250X.
57
La Figura 34 así como la Tabla 6 muestran el resultado del análisis elemental por
EDS, así como la composición química en porcentaje atómico respectivamente.
Para el Polialuminio se observa que hay una concentración alta de carbono (C) y
oxígeno (O), que corresponden a la presencia de restos de celulosa y polímero.
Figura 34. Análisis elemental por EDS de Polialuminio.
Tabla 6. Composición química de Polialuminio por análisis elemental.
Elemento % C 72.085 O 8.102 Al 14.895 Si 0.411 Fe 1.050 Cu 3.454
58
3.2.5 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM).
Las micrografías comparativas de fluorescencia, tiene tres tipos de longitudes, azul
405 nm, verde 488 nm, rojo 532 nm, en la figura 35(a), hay cuatro puntos luminosos,
esto es por el PEBD, y ve rugoso probablemente por la celulosa, en la figura 35(b),
la misma rugosidad se ve fluorescente que confirma que son restos de celulosa, en
el inciso 35(c)(d), se notan unos puntos muy marcados, igualmente por el PEBD.
Figura 35. Micrografía por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
59
3.3 Caracterización de Aluminio
3.3.1 Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).
El resultado de la caracterización por AFM de la película de aluminio se presenta en
la figura 36.
En las cuatro micrografías se puede apreciar líneas muy marcadas, también se
distingue que la película no es uniforme, esto se debe a la incineración del
polietileno de baja densidad (PEBD), la zona más alta alcanza una altura de 2.48
µm, que se observa con los colores más claros y la zona más baja aproximadamente
2 µm, que son con los colores más obscuros. La película de aluminio no es
totalmente lisa, como se observa en la figura 36, el promedio de la altura de la
película de aluminio es de aproximadamente de 1.86 µm.
Figura 36. Distintos cortes de aluminio obtenidas por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal
60
3.3.2 Microscopía Electrónica de Barrido.
El resultado de la caracterización por MEB se observa en la figura 37, donde se
presentan unos pequeños huecos (que pueden ser a causa de la incineración
(proceso por el cual se obtuvo el aluminio del Tetra Pak®), pero también unas
marcas tipo hexagonales, que puede ser celulosa por la estructura química de esta),
y una disposición plana continua que se atribuye a la presencia de aluminio.
Figura 37. Micrografía obtenida por MEB-EDS de aluminio.
61
La figura 38, muestra el resultado del análisis elemental por EDS, para la muestra de aluminio.
Figura 38. Micrografías obtenidas por SEM-EDS de Aluminio.
La tabla 7 muestra la composición química expresada como porcentaje atómico, se
observa que hay una concentración alta de aluminio. También se detectó carbón
(C) en un 10.148%, argón y hierro en una menor cantidad.
Tabla 7. Composición química de Aluminio (Al), por análisis elemental.
Elemento Elemento % C 10.148 Al 88.189 Ar 0.661 Fe 1.000
62
3.3.3 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM).
Las micrografías comparativas de fluorescencia, tiene tres tipos de longitudes, azul
405 nm, verde 488 nm, rojo 532 nm, en la figura 39 en los cuatro incisos, se observa
que el material analizado es opaco, también tiene una rugosidad tipo porosa, esto
se debe que para separar el PEBD del Al, se incinero el PEBD y probablemente sea
el caso del porque se tiene esa rugosidad.
Figura 39. Micrografías obtenidas por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
63
Para efectos de comparación entre resultados de las pruebas de caracterización
realizadas al aluminio del Tetra Pak®, también se efectuaron análisis topográficos
por MEB-EDS, microscopía confocal y AFM, a aluminio obtenido a partir de una lata.
Estos resultados se muestran a continuación.
3.4 Caracterización de Aluminio de lata.
3.4.1 Resultados de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).
El envase se aluminio de lavó, secó y cortó en forma cuadrada de 5 cm* 5 cm, el
proceso para la elaboración de prueba se define en la sección 2.5.1.
En la micrografía obtenida por AFM (figura 40) se observa la topología del metal.
En las cuatro imágenes se pueden apreciar líneas muy marcadas, esto se debe al
proceso para la fabricación de la lata de aluminio.
Figura 40. Distintos cortes de aluminio obtenidas por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) (a) Isométrico; (b) Lateral; (c) Superior; (d) Frontal.
64
3.4.2 Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM).
Las micrografías comparativas de fluorescencia, tiene tres tipos de longitudes, azul
405 nm, verde 488 nm, rojo 532 nm, por lo que se observa, que el material de la
figura 41, es opaco, ya que tiene poca fluorescencia, igualmente en la figura 41(a),
también se observa craqueada la imagen, en la 41(b)(c)(d), se observa algunos
puntos, pero esto puede ser por el barniz que se aplica a las botellas para proteger
el interior de la lata y el aluminio.
Figura 41. Micrografías obtenidas por Microscopía Confocal de Barrido Laser (CLSM).
65
CONCLUSIONES
• El tipo de caracterización que se realizó al Tetra Pak®, aporto información de
cada uno de sus componentes, en el caso del análisis de CLSM, aportó poca
información, con respecto al aluminio, pero en el análisis de la celulosa, se pudo
observar cómo está constituida, por lo cual eso ayuda a mejorar algún proceso
de reciclaje, como podría ser el hidropulpeo.
• En el caso del MEB-EDS, por proporcionó información de que componentes y a
su vez si está contaminado por algún otro elemento, el envase de Tetra Pak®,
esto ayuda al reciclaje mediante algún disolvente, aceite, etc, para no alterar su
grado de pureza de algún elemento constituido del envase.
• En los análisis termogravimétricos, facilita mucha información, sobre cómo actúa
el envase compuesto de Tetra Pak®, aplicando temperatura. En este caso nos
proporciona información para el método de separación de PEBD-Al, por pirolisis.
• En el AFM, provee información acerca de la topología del envase, esto ayuda, a
saber, que tan rugoso está el material y que tan penetrado esta cada uno de los
componentes del envase Tetra Pak®.
• Cada uno de los análisis para la caracterización, aporta muy buena información,
para proponer algún proceso para separar al 100% cada uno de los componentes
de Tetra Pak®, pero también que este proceso fácil, económico y sobre que no
contamine más, que la fabricación del envase.
66
GLOSARIO A
Alúmina: Es el óxido de aluminio., 25
B
Bauxitas: Roca blanda formada principalmente por hidróxido de aluminio, 20
Biodegradables: Que puede descomponerse en elementos químicos naturales por
la acción de agentes biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los
animales., 10
C
Capacidad calorífica (∆Cp): es la energía necesaria para aumentar la temperatura
de una determinada sustancia en una unidad de temperatura., 27
Caracterización: Se refiere al establecimiento de las características de un material
determinado a partir del estudio de sus propiedades físicas, químicas, estructurales,
etcetera., 1
Coeficiente de fricción: Expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las
superficies de dos cuerpos en contacto., 19
E
Energía de Gibbs (∆G): es un potencial termodinámico, es decir, una función de
estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de
67
espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).Se
simboliza con la letra G mayúscula., 27
Entalpía (∆H): es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H
mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida
o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un
sistema intercambia con su entorno., 27
Entropía (∆S): es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la
parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo., 27
F
Fluorescencia: Propiedad que tienen algunas sustancias de reflejar luz con mayor
longitud de onda que la recibida, cuando están expuestas a ciertos rayos del
espectro., 51
I
Inyección: es un proceso que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un
metal1 en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través
de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica,
comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se
obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada, 22
M
Moldeo por compresión: Es un proceso de conformado de piezas en el que el
material, generalmente un polímero, es introducido en un molde abierto al que luego
se le aplica presión para que el material adopte la forma del molde y calor para que
el material reticule y adopte definitivamente la forma deseada., 22
68
Morfología: En términos generales cuando se habla de morfología se está refiriendo
al estudio de las formas externas de algo., 2
O
Olefinas: Grupo de hidrocarburos, incluyendo etileno y propileno, de especial
importancia como insumo a la industria química., 18
P
Peletizado.: Es un proceso que consiste en la elaboración de material reciclado, en
forma de gránulos. Se emplean máquinas y equipos complementarios que
contribuyen al proceso. • Para hablar de peletizado, debemos referirnos, antes, al
reciclaje de polímeros., 5
Pirólisis: Es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de
materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas
temperaturas en ausencia de oxígeno (y de cualquier halógeno). Involucra cambios
simultáneos de composición química y estado físico, los cuales son irreversibles., 7
Polisacárido: Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran
cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones
diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales, 16
R
Resistencia a la tracción: Cuando un material se estira de manera que la longitud
aumenta y disminuye la sección transversal, resistencia a la tracción es la cantidad
de estrés que el material es capaz de soportar., 19, 20
69
Rotomoldeo: Es un proceso de conformado de productos plásticos en el cual se
introduce un polímero en estado líquido o polvo dentro de un molde y éste, al girar
en dos ejes perpendiculares entre sí, se adhiere a la superficie del molde, creando
piezas huecas., 22
T
Temperatura de reblandecimiento: Temperatura a partir de la cual un material
plástico pasa de un estado rígido a un estado gomoso y blando., 19
Tenacidad: Fuerza que impulsa a continuar con empeño y sin desistir en algo que
se quiere hacer o conseguir., 20; Fuerza que impulsa a continuar con empeño y sin
desistir en algo que se quiere hacer o conseguir., 19
Termoplástico: Que se ablanda por la acción del calor y se endurece al enfriarse,
de forma reversible., 19
70
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10 Martínez Barrera Gonzalo, Juan Bosco Hernández Zaragoza, Teresa López
Lara, Carmina Menchaca Campos, 1ra edición 2015, OmniaScience, Reciclaje
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